高温超伝導体SQUIDによる生体磁気計測技術の構築

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11359001
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 栗城 真也 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (30002108)
• 研究分担者: 松田 瑞史 室蘭工業大学, 工学部, 助教授 (20261381) ; 竹内 文也 北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (30281835) ; 平田 恵啓 北海道大学, 電子科学研究所, 助手 (30250509)
• キーワード: 高温超伝導体 / SQUID / 生体磁気 / 心磁図 / 磁気シールド

研究概要

YBa_2Cu_3O_y単層薄膜を加工して検出コイルと粒界接合SQUIDからなる直結型磁束計を設計・試作した。デバイス構造として、幅の広い(3mm)薄膜ストリップからなる検出コイルと縦型SQUID(伝送線路特性をもつ平行細線の一端に2個のジョセフソン接合を持つ)が結合した単検出コイル磁束計と、2個の検出コイルを平行に配列し、横型SQUID(伝送線路平行細線の両端に1個づつのジョセフソン接合をもつ)と結合した双検出コイル磁束計を考案・試作し、いずれも100〜200fT/Hz^<1/2>の磁場感度を得た。さらに、これらのマグネトメータの検出コイル薄膜中に5×45μmの微細なスロット構造を全面に作りこみ、環境磁場による磁束トラップの抑制を図った結果、約10μT(地磁気の約1/5)までの磁場中では磁束トラップが生じないことが分かり、簡易型磁気シールド中で動作することが確認された。
環境磁場ノイズの低減法については、厚さ1mm1層のミューメタルからなる簡易型磁気シールドと能動的な磁場雑音キャンセルの組み合わせを検討した結果、簡易型シールドルームの中央周囲に巻いたコイルを磁場検出器とし、その出力を増幅・積分・位相調節してシールドルームの上下端に巻いた補償コイルによりキャンセルする方法を考案した。数〜50Hzの周波数範囲で、磁気シールドルームと併せて40〜50dBの雑音磁場低減が得られた。また、生体磁気計測におけるソフトウエア的な手法として電源周波数磁気ノイズに着目し、オフラインでフィルタリングにより50Hzノイズを抽出し、その空間単位ベクトルを算出して計測データとの内積をとって差し引く方法を考案し、シミュレーションによりその効果を確認した。

研究成果

• [文献書誌] S. Kuriki: "On the ac bias readout scheme for high-Tc superconducting quantum interference devices"Jpn. J. Appl. Phys.. 38. 4733-4736 (1999)
• [文献書誌] S. Kuriki: "Transmission line high-Tc dc-SQUIDs"IEEE Trans. Appl. Supercond.. 9. 3275-3278 (1999)
• [文献書誌] 小池 佑辰: "簡易磁気シールド環境下の生体磁気計測におけるオフライン処理による商用電源ノイズ低減の検討"日本応用磁気学会誌. 24. 141-145 (2000)
• [文献書誌] T. Kobayashi: "Principal component elimination method for the improvement of S/N in evoked neuromagnetic field measurements"IEEE Trans. Biomed. Eng.. 46. 951-958 (1999)
• [文献書誌] K. Yokosawa: "Fabrication of high-Tc SQUID magnetometer with double-pickup-coil configuration"Advances in Superconductivity. XI. 1225-1228 (1999)
• [文献書誌] M. Matsuda: "High-Tc SQUIDs on bicrystal substrate with low permittivity"Ext. Abst. Int. Supercond. Elect. Conf.. 137-139 (1999)
• [文献書誌] S. Ohyu: "Three-dimensional distribution of ventricular action potential amplitude estimated from magnetocardiogram"Recend Advances in Biomagnetism (Tohoku Univ. Press). 632-635 (1999)
• [文献書誌] 平野 悟: "超伝導薄膜デバイスの磁束ノイズ測定"電子情報通信学会技術研究報告. SCE99-19. 31-36 (1999)
• [文献書誌] 林 周: "高温超伝導SQUIDのためのacバイアス駆動方式に関する検討"電子情報通信学会技術研究報告. SCE99-20. 37-42 (1999)
• [文献書誌] 平野 悟: "高温超伝導YBa_2Cu_3O_<7-δ>薄膜粒界接合における磁束量子運動"電子情報通信学会技術研究報告. SCE99-21. 1-6 (1999)
• [文献書誌] 小山 洋: "磁場中における高温超伝導SQUID磁束計の動作特性"電子情報通信学会技術研究報告. SCE99-22. 7-12 (1999)
• [文献書誌] 小池 佑辰: "生体磁気計測におけるオフライン処理によるノイズ低減の検討"電気学会マグネティックス研究会資料. MAG99-131. 97-102 (1999)
• [文献書誌] 林 周: "アクティブシールドを用いた低磁場空間の生成"電気学会マグネティックス研究会資料. MAG99-132. 103-108 (1999)
• [文献書誌] H. Oyama: "High-Tc dc-SQUID Magnetometers with Mesh Structure"Abst. 12th Int. Symp. Supercond. 64 (1999)
• [文献書誌] S.Hirano: "Direct flux noise measurement ob YBa_2Cu_3O_<7-d> grain boundary junction"Abst. 12th Int. Symp. Supercond.